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第八讲:虚拟存储概念
8.1 虚拟存储的需求背景
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什么是虚拟存储
虚拟存储是非连续物理内存分配方式的延续 => 虚拟存储是在非连续物理内存分配的基础上，可以将一部分内容放到外存的做法。
注：这里所说的虚拟存储其实就是swap，而csapp所说的虚拟内存，主要是指虚拟地址空间…注意区分 -
虚拟存需求：解决物理内存不够用的情况
覆盖：应用程序手动将需要的指令和数据加载到内存中。只加载进程/程序的部分模块，而不是整个进程；新的模块加载进来时可直接覆盖内存中不再需要的模块；
交换：操作系统自动把暂时不能执行的程序保存到外存，换出以整个进程为单位！
虚拟内存：在容量有限的内存中，以页为单位自动装入更多更大的程序。 => 可见虚拟存储几乎就是交换，只是它以页为单位！
8.2 覆盖和交换
覆盖
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覆盖技术
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覆盖技术示例
假设物理内存小于程序需要的内存空间：
1.程序员先手动划分程序(如图A、B、C…模块)；
2.互不相关的模块分为一组(BC一组、DEF一组)，给每组分配组内最大模块对应的物理内存；
3.先执行A模块，将A调入第一组对应的物理内存区域；
4.依次调用模块B、D，如图示
5.当调用C模块时，它还会调用E，此时将C、E调入内存，直接覆盖内存中的B、C；
6.假设C要调用F，则用F覆盖内存中的E
交换
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交换技术
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交换技术面临的问题
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交换与覆盖的区别
覆盖讨论的是，对于单一进程，整个物理内存仍然不够单一进程使用时的情况；
交换讨论的是，对于多道程序，每个进程只占物理内存的一部分，交换的目的是让正在运行的进程可占用更多的物理内存，防止剩余可用的物理内存不够当前进程使用(假设物理内存至少能存下一个完整的进程)； 注意交换的单位是整个进程！
8.3 局部性原理
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虚拟内存的目标
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局部性原理
时间局部性：…
空间局部性：…
8.4 虚拟存储概念(重要)
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虚拟存储的基本概念
一方面，虚拟内存指加载进程的一部分到内存便可执行，而不是加载整个进程，缺页时才会加载缺少的部分；
另一方面，虚拟内存会将部分页换出到磁盘的特定区域，这个区域通常称为交换分区 -
虚拟存储的基本特征
8.5 虚拟页式存储
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虚拟页式存储管理的基本思路
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虚拟页式存储中的地址转换
与页式存储的地址转换基本基本一样；只是虚拟页式管理中会发生缺页异常；
如何发现缺页异常？ => 检查页表项中的标志位 -
虚拟页式存储的页表项
注：图中的标志位似乎没有画正确标志位应该在低12位 -
虚拟页式存储示例
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x86-32页表项结构
1.注意标志位中的WT和CD，这与cache缓存策略相关 =>
比如对于IO操作，不能缓存在cache中，需要通过CD位进行控制!
2.注意标志位D，在一级页表中始终为0!我们只需要关注二级页表项映射的物理页
8.6 缺页异常
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缺页异常(缺页中断)的处理流程
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虚拟页式存储中的外存管理
对于图中的交换空间有两种做法 =>
1.直接使用一个磁盘分区来存放从物理内存交换出来的数据(linux/unix做法)；
2.使用一个文件来存储；
内存中的内容换出时，并不是全部都放到交换空间：
代码段：直接指向磁盘中的可执行文件(因为它本来就是从磁盘加载到内存的，没有必要换出时放到交换空间，这样反而浪费了空间)
动态加载的共享库程序段：直接指向磁盘中的动态调用的库文件，理由同上
其他段：交换空间 => 因为这些部分的内容可能会程序运行过程中修改、新增等，磁盘上没有与其原本就一一对应的地方，只好放到交换空间!